专利名称：旋轮式测高器的制作方法
技术领域：
本发明属于林业行业的森林调查技术领域，特别是一种适合于森林作业环境使 用的带有旋轮结构的测高器。
背景技术：
测定树高，是森林调查的一项常规性工作，在具体操作时，除少量树干低矮的 中幼林可以直接用尺杆测高外，大部分林木的测高工作需要用到测高器。目前林业工作 中最常使用的测高器是二十世纪初由德国林务官卡尔勃鲁梅(Carl Blume)设计的勃鲁莱 (Blume-Leiss)测高器，由于它结构小巧，读数方便、测量精度也能满足大多数林业调查 工作的需要，所以近100年来一直受到人们的喜爱。但是，勃鲁莱测高器并不是没有缺 点，那就是要求在每测一株树木的高度之前，必须首先量测出一个标准长度的水平距离 (15、20、30或40m)。这在郁闭度较大的林分中使用时尤为困难。森林中地势起伏、 灌木丛生，不用说标准水平距不易量测，即使是测出了标准水平距，由于林冠相互遮挡 往往又看不到树梢，因此说，勃鲁莱测高器在密度较大的山地森林中是不适用的或者说 是低效率的。针对上述问题，笔者曾于1990年提出了对勃鲁莱测高器的改进方案，该方 案成功解决了灵活选择测点的问题，对方案中的关键技术当时也以“任选测点的测高器 读数盘”为题申报了国家专利(专利号90210659.7)，依托该专利技术制造的测高器产 品也以“SRC-110型测高器”的名称在森林调查领域推广至今，应用效果良好。可以 说，该产品在很大程度上解决了森林内树高难测的问题。但是，改进以后的测高器虽然 实现了测点任选，但由于读数盘上的树高读数刻线为“倾斜的曲线”，相对勃鲁莱测高 器来说，读数难度增加、精度降低，所以，人们只是在勃鲁莱测高器不便使用的情况下 才会想到使用SRC-110型测高器，显然，这给SRC-110型测高器的推广使用带来了不利 影响。基于上述背景，能否发明一种既能灵活选择测点，又能象勃鲁莱测高器一样读数 方便的测高工具便成了森林调查工作中亟待解决的问题。
发明内容本发明就是要提供一种在传统勃鲁莱测高器基础上改进的旋轮式测高器，用它 测量树高时，不仅可以灵活选择测点，而且通过转动旋轮，可以使读数刻线的位置明 确、刻度值易读，从而有效提高密林条件下测高的工作效率。本发明是这样实现的首先，由前盖(5)、底壳(6)、视准筒(4)、启动钮 (11)、止动钮(1)、垂针(10)组成基本结构，以此为基础，在壳体内的底壳结构上通过 轴承(19)再安装一个旋轮系统(7)，从而形成整体结构。在上述发明内容中1.旋轮系 统⑵由旋轮(9)、读数尺带(15)、刹车轮(17)、旋钮⑶和联接轴(18)组成，其中 读数尺带固定于旋轮的表面，旋轮、刹车轮和旋钮通过联接轴固定联接在一起；2.在旋 轮系统(7)安装之后，还要加装一个弹片(16)，弹片(16)用螺钉(20)固定在底壳上。 需要进一步说明的是，读数尺带(15)的作用等同于传统的勃鲁莱测高器，读数尺带上的高度刻线是按三角测高原理的通用公式h = Ltan θ设计的，其具体刻制方法在下面实施 例中给出。与勃鲁莱测高器相比，本发明具有以下优点1.读数尺带(相当于传统勃鲁莱测高器的读数盘)的纵向长度为旋轮的周长，是 直径的3.14倍，这为进行水平距离线的多组设计提供了充分的空间，通过增加水平距离 线的设计组数，提高了野外测点选择的灵活性，方便了林内使用。2.利用旋轮结构，可以在测高时将尺带上最适合于现场测高使用的水平距离线 旋转到读数窗的读数线位置，这不仅有利于测高现场的距离量测，而且垂针只在读数窗 中与一条水平距离线相交(如图7所示)，读数位置明确，便于识读。而勃鲁莱测高器的 读数窗内会呈现出垂针同时与多条水平距离线相交的状态，需要仔细区分后才能读数， 不如本发明读数直观、方便。值得一提的是，虽然旋轮式测高器的制作成本比勃鲁莱会有所增加，但是其实 用性能却大大改善，因此说，旋轮式的结构设计依然不失为一种很有开发潜力的技术方案。
图1为本发明的正面图。图2a为本发明的反面图；图2b为图2a的左视图。图3a为放大了的旋轮系统结构图；图3b为图3a的A-A剖面左视图。图4a为本发明的一种具体模式结构图，示视准管平行于旋轮的结构设计，该结 构为本发明的基础结构模式；图4b为本发明相对于图4a的另一种模式结构图，示视准管 上仰一个夹角α时的结构设计，该结构为本发明的实用性结构模式；图4c为本发明仰视 放置时的状态，示测高器工作时的各种线、角关系。图4a、图4b、图4c中，O为垂针 旋转点，M为图4a测高器的0点读数位置，M'为图4b测高器的0点读数位置，P为垂 针所指的测高读数点，α为制造测高器时采用的视准管的上仰角，θ为测高目标倾角。 为了进一步加深对本发明的理解，需要对图4a、图4b、图4c进行进一步说明的还有1.测高器一旦做好后，α即为定值，只是在产品设计阶段才需要考虑α的大小 问题。2. θ随测高目标的高度而变化，它即可是仰角，也可是俯角。3.将图4a、图4b进行比较后绘成图4c，可以发现，因视准管的上仰设计，测高 器图4b的0点读数位置在顺时针方向上前移了一段距离，即由M移到了 M'，该距离 若以垂针0点读数位置(或0位线)的旋转角度计量，在数值上正好等于视准管的上仰角 α ο图5a为图4a测高器使用的读数尺带；图5b为图4b测高器使用的读数尺带。二 者的差别在于其0点刻度在图5a尺带上处于中央位置，而在图5b尺带上发生了前移， 这一现象与图4b、图4c中的视准管上仰角α直接相关，具体刻线方法见实施方式。图6为本发明的工作原理图。图中A为测高时眼睛所在的位置，B为树梢， D为树基，O为垂针旋转点，θ为瞄视树高时的倾角，Θ'为瞄视树基时的倾角，视平 线将树高由C点分成h和h'两部分，测高时需要分别测出h和h'后加在一起才是树木的全高。图7为本发明测高时放大了的读数情况。在上述附图中，各标注部位名称分别为1-止动钮，2-读数窗，3-读数线， 4_视准管，5-前盖，6-底壳，7-旋轮系统，8-旋钮，9-旋轮，10-垂针，11-启动钮， 12-旋轮槽，13-视准孔，14-防尘玻璃，15-读数尺带，16-弹片，17-刹车轮，18-联接 轴，19-轴承，20-螺钉，21水平距离值，22-水平距离线，23-高度刻值，24-高度刻线
具体实施方式
如图1、图2a、图2b、图3a、图3b所示，本发明主体由前盖(5)、底壳(6)、视 准管(4)、启动钮(11)、止动钮(1)、垂针(10)、旋轮系统(7)等七部分组成。其中，启 动钮(11)、止动钮(1)、垂针(10)等三部分的制作、装配方法同传统的勃鲁莱测高器， 不再赘述，这里只对前盖(5)、底壳(6)、视准管(4)和旋轮系统(7)等四部分的制作及 装配方法以及旋轮系统中读数尺带(15)的图线刻制方法进行说明。前盖和底壳宜采用铝合金或工程塑料制成，其中，前盖上设有矩形读数窗 (2)，读数窗上装有防尘玻璃(14)，玻璃上刻有与旋轮轴线平行的测高读数线(3)；底壳 的制作主要是注意旋轮槽(12)的位置和尺寸，以旋轮安装后能够旋转自如，而又不至于 间隙过大为准。视准管参照图4a、图4b，视准管可和前盖或底壳采用相同的材料直接铸塑为 一体，视准管的内部瞄准结构同勃鲁莱测高器。虽然图4a、图b结构皆可实现本发明的 功能，但图4a视准管平行于旋轮的设计只是一种基础的初级结构模式，为了能更好的适 应野外测高所需俯角较小、仰角较大的具体情况，在进行实际制造时，宜采用图4b视准 管上仰的设计结构。按照图4b结构进行生产，发明人推荐采用的α值为15°，如此， 一个垂针转动范围(Θ变动范围)在俯角45° 仰角45°的测高器采用上仰α角的设计 后其倾角变动范围便可变成俯角30° 仰角60°，这样做出的测高器更能适应野外测高 的实际需要。旋轮系统如图3a、图3b所示，旋轮系统主体由旋轮(9)、读数尺带(15)、刹 车轮(17)、旋钮(8)和联接轴(18)组成，其中读数尺带固定于旋轮的表面，旋轮、刹车 轮和旋钮通过联接轴固定联接在一起并通过轴承(19)安装在底壳(6)上，弹片(16)用螺 钉(20)固定，通过弹片(16)和刹车轮(17)的摩擦作用，达到旋轮能够通过转动旋钮而 转动、但又不能自由转动的效果。读数尺带为叙述清晰、便于理解起见，我们按图4a、图4b两种测高器结构和 相应图5a、图5b两种不同尺带分别进行叙述。首先看图5a尺带的制作方法用铝片或质量较好的纸张做成读数尺带的基片， 基片宽度为旋轮的长度，基片长度为旋轮的周长；基片做好后在其上横向绘制若干条 水平直线作为测高读数的水平距离线(22)，同时在其两端标上各自代表的水平距离值 (21)。上述工作中，所绘水平距离线的多少并无具体要求，依旋轮直径而定，实践中， 可以通过增加旋轮设计直径的方法相应增加绘制水平距离线的条数，这样可为测高时的 测点选择工作带来更多的方便。但是，增加旋轮设计直径会导致测高器整体体积增加， 继而引发携带不便的问题，因此，旋轮设计直径不宜过大，发明人推荐的旋轮设计直径以2 5cm为宜，这样，其周长可达到6.28 15.70cm，也就是读数尺带的纵向长度可以 达到6.28 15.70cm。该长度已能较好的满足多组水平距离线绘制的需要。绘图时，水 平距离线的间距不可太小，应以调查员能够清晰读数为准，发明人推荐的水平距离线的 间距为0.5 0.8cm ；产品设计生产时，该间距亦可参考市售勃鲁莱测高器进行。水平距 离线绘好以后，便可接着进行高度刻线(24)的绘制工作。高度刻线的绘制是按照水平距 离线逐条完成的。以5m水平距离线上的高度刻线绘制为例，其步骤为1.如图5a所示，对5m水平距离线作中垂线OM，其中，M为垂足，O为垂针 旋转点位置，OM等于测高器产品的垂针旋转点O到读数窗上读数线的垂直距离。由于 本结构是基于视准管平行于旋轮(当然也平行于读数线)的图4a设计的，对于该结构， 当视准线与视平线重合时(即h = 0时)，垂针所指位置正好在M处，所以其0高度刻线 也应刻在M处，OM也自然成了反映测高时倾角θ变化的起始边。2.参照图6，根据三角类测高器的工作原理h = Ltan θ可导出θ = arctan(h/ L)，因为对于具体的水平距离线来说其水平距离值L 一定(本例中为5m)，这样，根据h 与θ的对应关系，在该水平距离线上相应θ角的位置上直接刻上相应的h刻线，至此， 该水平距离线上高度刻线(24)的绘制工作即告完成。3.高度刻线绘制完成后，在其上部对应位置标上各自代表的高度值(23)即成。以上是针对5m水平距离线绘制高度刻线的方法，对于6m、7m、8m……20m等 其他水平距离线上的高度刻线绘制只需在相应过程中改变参数L，其他步骤同理进行。再来看图5b尺带的制作方法图5b尺带的基片制作及水平距离线刻划方法同图 5a尺带，下面仅需说明其高度刻线的绘制方法。仍以5m水平距离线为例，其方法为如图5b所示，对5m水平距离线作中垂线OM，其中，M为垂足，O为垂针旋 转点位置，OM等于测高器产品的垂针旋转点O到读数窗上读数线的垂直距离。由于本 读数尺带是专为图4b设计的，而对于该种测高器来说，当视准线与视平线重合时(即h =0时)，垂针所指位置并不在M而在M'处，所以其0高度点也不在M而在M'处， 因此，在中垂线OM做好之后，还需要根据上仰角α (建议采用15° )作直线OM'来作 为θ角的起始边，有了 M'作为O点和OM'作为θ角的起始边，剩下来的工作便是根 据θ = arctan(h/L)的数学原理来逐一刻制出相应的高度刻线，具体刻制过程同图5a尺 带，但关键要注意θ角起始边的不同。图5a尺带的θ角起始边是ΟΜ，而图5b尺带 的θ角起始边是OM'。上述部件逐一做好后，便可进行总体装配工作。参照图1、图2a、图2b、图 3a、图3b所示的结构，在装配过程中除旋轮系统需要按照本说明书的详细要求进行之 外，其它部件安装方法同传统的勃鲁莱测高器。操作例如图6所示，在树旁任选一水平距L为整数m的测点，假设此时L = 9m,则如图7所示那样将相应水平距离线(22)通过旋钮旋转到读数窗中的读数线(3)的 位置，接着按下启动钮使垂针(10)自由摆动；仰视树梢，待垂针停摆后按下止动钮，这 时，便可通过垂针指示读数尺带的情况读取树高。例如图7所示的状况可读成仰视 5.8m,亦即视平线以上5.8m。采用本测高器进行俯视测高的方法与仰视同理，不再赘 述。
权利要求1.一种用于森林调查的旋轮式测高器，由前盖(5)、底壳(6)、视准筒(4)、启动钮 (11)、止动钮(1)、垂针(10)组成，其特征是在底壳结构上，通过轴承(19)还安装有 一个旋轮系统(7)。
2.根据权利要求1所述的测高器，其特征在于旋轮系统(7)由旋轮(9)、读数尺带 (15)、刹车轮(17)、旋钮⑶和联接轴(18)组成，其中读数尺带固定于旋轮的表面， 旋轮、刹车轮和旋钮通过联接轴固定联接在一起。
3.根据权利要求1所述的测高器，其特征在于旋轮系统(7)在安装之后还加装一个弹 片(16)，弹片(16)用螺钉(20)固定在底壳上。
专利摘要本实用新型公开了一种供森林调查使用的旋轮式测高器。主体由前盖、底壳、视准筒、启动钮、止动钮、垂针和一个旋轮系统组成；旋轮系统又由旋轮、读数尺带、刹车轮、旋钮和联接轴组成，读数尺带固定于旋轮的表面。与传统的勃鲁莱测高器相比，由于在设计中将弧形的水平距离线变成了直线，弧形读数盘变成了矩形的读数尺带，因此可以将其安装在旋轮上，通过旋轮转动，有效增加了读数刻线的设计面积，进而可增加水平距离线的设计组数，提高野外测高选点的灵活性，因此，该测高器更能适应于密林测高的工作环境。
文档编号G01C5/00GK201803716SQ20102901204
公开日2011年4月20日 申请日期2010年3月1日 优先权日2010年3月1日
发明者李建华, 邢世岩 申请人:山东农业大学